KR101295353B1 - 극저온 라인용 플러그인 커플링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 환형 갭(15)의 형성하에 수형/암형 연결 방식에 따라 서로 꽂혀 있는 두 개 이상의 파이프(3, 4, 9, 10)를 구비한 극저온 라인용 플러그인 커플링에 관한 것으로, 상기 파이프(3, 4, 9, 10)는 그의 '따뜻한' 단부에 있는 플랜지(5, 11) 연결부에 의해 분리 가능하게 서로 연결되어 있고, '차가운' 단부에서의 양 파이프들(4, 9) 사이의 환형 갭(16)은 환형 밀봉부(7)에 의해 밀봉되어 있으며, '따뜻한' 영역에서는 플랜지 연결(5, 11)의 영역에 있는 환형 밀봉부(5d)에 의해 밀봉되어 있고, 환형 갭(16)은 플랜지 연결(5, 11)의 영역에서 안전 밸브(13)와 연결되어 있다.

파이프, 플랜지, 플러그, 부시

Description

극저온 라인용 플러그인 커플링{PLUG-IN COUPLING FOR CRYOGENIC LINES}

본 발명은 극저온 라인용 플러그인 커플링에 관한 것이다.

존스톤(Johnston) 커플링이라고도 부르는 이와 같은 커플링은 일반적으로 진공 절연된 라인 시스템에 삽입되고, 이 라인 시스템은 극저온 매체의 운반을 위해 사용된다. 목적에 부합하여 이중벽으로 및 진공 절연되어 형성된 커플링의 요소들에 의해, 양 외부 커플링 요소들의 연결 위치와, 한 라인으로부터 다른 라인으로의 극저온 매체의 침투가 수행되는 위치 사이에는 보다 큰 공간적 거리가 마련된다. 이로 인해, 커플링 위치의 빙결, 및 기화에 의한 극저온 매체의 손실이 감소해야 한다. 이러한 커플링에서, 커플링 플러그는 '수형(male) 부품'으로도 명칭되고, 이에 속하는 커플링 부시는 '암형(female) 부품'으로도 명칭된다.

DE-A-3142702로부터 진공 절연된 파이프 라인의 내부 파이프를 위한 플러그인 커플링이 공지되어 있으며, 이 플러그인 커플링에서 내부 파이프는 수형-암형-연결 방식에 따라 함께 꽂혀 있다. 이 연결에서는, 파이프의 정면쪽 연결부에서 액체가 유출되어, 플러그인 연결의 파이프들 사이의 환형 갭(annular gap) 내로 도입 되고, 그곳에서 기화할 수 있다. 이 환형 갭은 그의 다른 단부에서 밀봉되어 있기 때문에 압력 쿠션이 생성되고, 이 압력 쿠션은 내부 파이프 밖으로의 액체의 그 밖의 유출을 저지한다. 그러나, 이 압력 쿠션은 적어도 수평선에 대해 기울어진 라인 파이프의 특히 수직 배치에서만, 그런 후 또한 수형 부품이 위로부터 암형 부품 내로 삽입되어 있을 때만 생성될 수 있다.

DE-U-84 32 062로부터 냉동한 매체의 운반을 위한 수형-암형-연결 방식에 따른 라인 파이프용의 플러그인 연결이 공지되어 있으며, 이 플러그인 연결에서 내부 플러그 부품(수형 부품)은 적은 팽창계수를 갖는 금속으로 구성되고, 외부 플러그 부품(암형 부품)은 보통의 팽창계수를 갖는 금속으로 구성된다. 내부 플러그 부품은 30%를 초과하는 니켈을 갖는 강으로 구성되는 반면, 외부 플러그 부품은 황동, 구리 또는 특수강으로 구성된다. 이 배치에서, 극저온 매체가 라인 파이프를 관통하여 흐르면 서로 꽂혀 있는 커플링 부품들의 외부는 커플링 부품들의 내부로 수축한다. 이러한 방식으로, 커플링 부품들의 서로 간의 꽂힘에 필요한 환형 갭이 밀봉되고, 액체 또는 증기의 누출은 가능한 한 제한된다. 그러나 이를 위한 전제 조건은, 커플링 부품들의 서로를 향한 표면들의 거칠기가 극단적으로 낮게 되는 것이다. 그럼에도 불구하고 환형 갭의 100% 밀봉이 달성될 수 없고, 따라서 계속해서 플러그인 커플링의 '따뜻한' 영역에서 빙결의 위험이 존재하며, 그리고 이로써 극저온 액체 손실이 생긴다.
또한, 관련된 선행기술로서 독일특허공보 DE 41 07 652 A1 및 미국특허공보 US 2002/0089177 A1가 있다.

본 발명의 목적은 극단적으로 적은 손실을 통해 그 탁월함을 나타내는 극저온 라인용의 분리 가능한 플러그인 커플링을 제공하는 것이다. 특히, 플러그인 커플링의 빠른 가열시 환형 갭 내에서의 과중 압력 생성이 저지되어야 한다.

이 목적은 청구범위 제1항에 기술된 특징에 의해 달성된다.

플러그인 커플링의 '차가운' 영역에서의 실링(sealing)의 배치에 의해, 커플링 부품들 사이에서 플랜지 쪽으로까지 환형 갭 내로의 극저온 액체의 도입, 및 이로 인해 생기는 빙결은 높은 열입력(heat input)을 갖고 가능한 한 제한되거나 또는 심지어 저지될 수 있다. 차가운 영역에서의 밀봉은, 세로축 방향에서 작용하는 힘이 밀봉 몸체 내로 도입됨으로써 달성되고 유지된다. 이 힘은 플랜지 연결을 통해 발생한다. 실링은 테플론으로 또는 금속으로 구성될 수 있다. 플랜지 영역에서는, O 링 실링을 통해 그 밖의 밀봉이 형성된다. 플러그인 커플링의 이 '따뜻한' 영역에 있는 환형 실링은 양 플랜지 부착물들 사이에 배치되고, 밀봉력의 유지하에서 플랜지들의 세로방향 위치이동을 가능하게 한다. 이 실링들에도 불구하고 경우에 따라서는 공기 또는 극저온 액체 또는 증기가 환형 갭 내로 침투하여 그곳에서 응결될 수 있다. 그러면, 커플링의 가열시 과중 압력이 환형 갭에서 생길 수 있고, 이 과중 압력은 커플링의 파괴를 초래할 수 있다. 장착된 안전 밸브는 환형 갭 내의 과중 압력, 그리고 이로써 커플링의 파괴를 저지한다. 그러나 이 안전 밸브는 극단적인 경우를 위해서만 필요하다.

본 발명의 그 밖의 바람직한 형태는 종속항에 기술되어 있다.

본 발명을 도 1 및 도 2에 개략적으로 도시되어 있는 실시예를 참조로 상세히 설명한다.

도 1에는 조립 전의 양 커플링 요소들에 해당하는 커플링 플러그(1)와 커플링 부시(2)가 도시되어 있다. 도면부호 1은 커플링 플러그, 즉 수형 부품을 가리기는 반면, 도면부호 2는 커플링 부시(커플링 소켓), 즉 암형 부품을 가리킨다.

커플링 플러그(1)는 내부 파이프 피스(3) 및 외부 파이프 피스(4)로 구성되며, 상기 파이프 피스들은 그 사이에 진공화된 환형 공간(34)을 포함하고, 이 환형 공간은 도시되어 있지 않은 극저온 라인의 진공화된 환형 공간과 연결되어 있다. 제1 플랜지(5)는 외부 파이프 피스(4)의 일 단부와 진공 밀봉적으로 용접되어 있다. 제1 플랜지(5)를 등지고 있는 내부 파이프 피스(3)와 외부 파이프 피스(4)의 단부들은 각기 수용부(6)와 진공 밀봉적으로 용접되어 있다. 수용부(6)는 파이프 모양의 돌출부(6a)를 구비하며, 이 돌출부에는 밀봉링(sealing ring, 7)이 배치되어 있고, 이 밀봉링은 리테이너 링(8)에 의해 돌출부(6a) 내에 안전하게 있다.

제1 플랜지(5)의 영역에 있는 내부 파이프 피스(3)의 단부는 도시되어 있지 않은 방식으로 극저온 라인의 내부 파이프와 진공 밀봉적으로 용접되어 있는 반면, 제1 플랜지(5)에는 마찬가지로 도시되어 있지 않은 방식으로 극저온 라인의 외부 파이프가 진공 밀봉적으로 용접되어 있다. 이 목적을 위해 제1 플랜지(5)는 용접립(5a)을 구비한다.

커플링 부시(2)는 마찬가지로 내부 파이프 피스(9) 및 외부 파이프 피스(10)로 구성되며, 상기 파이프 피스들은 그들의 단부에서 제2 플랜지(11)와 진공 밀봉적으로 용접되어 있다. 제2 플랜지(11) 및 내부 파이프 피스(9)의 보어의 내부 지름은 커플링 플러그(1)의 외부 파이프 피스(4)의 외부 지름보다 아주 약간 더 크다. 제2 플랜지(11)를 등지고 있는 파이프 피스(9, 10)의 단부들은 도시되어 있지 않은 방식으로 극저온 라인의 내부 파이프 또는 외부 파이프와, 또는 극저온 매체를 위한 냉각 설비의 공급 접합관과 진공 밀봉적으로 용접되어 있다. 내부 파이프 피스(9)와 외부 파이프 피스(10) 사이에 있는 환형 공간(910)은 극저온 라인의 진공화된 공간과 연결되어 있거나 또는 단부쪽에서 격벽되어 있다.

제1 플랜지(5)는 용접립(5a)에 마주하여 놓인 파이프 모양의 부착물(5b)을 구비하며, 이 부착물의 외부 외피면에는 환형 그루브(groove, 5c)가 그 안에 있는 밀봉링(5d)과 함께 제공되어 있다. 제2 플랜지(11)에는 보어(11a)가 있고, 이 보어 내에 파이프 피스(12)가 진공 밀봉적으로 용접되어 있으며, 상기 파이프 피스의 단부에는 안전 밸브(13)가 있다. 제2 플랜지(11)는 그의 내부 보어에서 지름 확대부(11b)를 나타내고, 이 지름 확대부 내로 제1 플랜지(5)의 파이프 모양 부착물(5b)이 삽입될 수 있다. 커플링 부시(2)은 제2 플랜지(11)를 등지고 있는 내부 파이프 피스(9)의 단부에 용접된 멈추개(stop)(14)를 구비하고, 이 멈추개는 밀봉링(7)을 위한 대응 베어링으로서 쓰인다.

도 2는 조립된 상태에서의 플러그인 커플링을 보이고 있다. 제1 플랜지(5) 및 제2 플랜지(11)는 나사 볼트(15)와 연결되어 있다. 나사 볼트(15)는, 세로축 방향에서 작용하는 힘이 항상 밀봉링(7)에 초기 응력을 주고, 그리고 이로써 커플링 플러그(1)와 커플링 부시(2) 사이에 있는 환형 갭(16)을 극저온 라인의 내부 공간에 대해 밀봉하도록 조절된다. 마주하는 단부에서, 환형 갭(16)은 밀봉링(5d)에 의해 밀봉되어 있다. 그럼에도 불구하고 공기 또는 극저온 매체가 환형 갭(16) 내로 침투하고 환형 갭(16) 내에서 과중 압력이 생기는 극단적인 경우를 위해, 안전 밸브(13)가 열리고, 지나치게 놓은 압력으로 인한 플러그인 커플링이 파괴되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명은 극저온 매체의 운반을 위한 라인 파이프들의 연결을 위해서도 사용할 수 있다. 특히 바람직한 적용 영역은 초전도 케이블 시스템과 단자 사이의 연결이다.

Claims (4)

1. 커플링 플러그(1) 및 커플링 부시(2)를 구비하고, 상기 커플링 플러그(1)와 상기 커플링 부시(2)가 서로 꽂혀 있는 상태에서 환형 갭(16)이 상기 커플링 플러그(1)과 상기 커플링 부시(2) 사이에 형성되는, 극저온 라인용 플러그인 커플링으로서,

   상기 커플링 플러그(1)는 내부 파이프 피스(3)와 외부 파이프 피스(4)로 구성되고, 상기 커플링 플러그(1)의 일 단부에 제1 플랜지(5)가 진공 밀봉적으로 용접되어 있고, 상기 커플링 부시(2)는 내부 파이프 피스(9)와 외부 파이프 피스(10)로 구성되고, 상기 커플링 부시(2)의 일 단부에 제2 플랜지(11)가 진공 밀봉적으로 용접되어 있고,

   상기 커플링 플러그의 내부 파이프 피스(3) 및 외부 파이프 피스(4)는, 제1 플랜지(5) 및 제2 플랜지(11)를 통해서 상기 커플링 부시의 내부 파이프 피스(9) 및 외부 파이프 피스(10)와 분리 가능하게 서로 연결되어 있고,

   상기 커플링 플러그와 상기 커플링 부시가 서로 꽂혀 있는 상태에서, 상기 환형 갭(16)은, 제1 플랜지(5) 및 제2 플랜지(11)를 등지고 있는 단부의 영역에서는 밀봉링(7)에 의해 밀봉되어 있고, 제1 플랜지(5) 및 제2 플랜지(11)가 연결된 영역에서는 밀봉링(5d)에 의해 밀봉되어 있고,

   상기 환형 갭(16)은 제1 플랜지(5) 및 제2 플랜지(11)가 연결된 영역에서 안전 밸브(13)와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 극저온 라인용 플러그인 커플링.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 제2 플랜지(11)는 환형 갭(16)과 연결된 보어(11a)를 구비하고, 상기 보어(11a)에 파이프 피스(12)가 진공 밀봉적으로 용접되어 있고, 상기 파이프 피스(12)의 다른 쪽 단부에 안전 밸브(13)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 극저온 라인용 플러그인 커플링.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제1 플랜지(5)와 상기 제2 플랜지(11)는, 나사 볼트(15)에 의해 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 극저온 라인용 플러그인 커플링.

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